découverte et utilisation de techniques de fabrication directe...CATIA V5 Atelier STL, Part Design, GSD, QSR, DSE CATIA V5 scanner BE stl 3 1/7 Matériaux différents ! BE B C A

Journée du réseau R&D mécanique - APC 18-9-2013 ©UDS/CNRS/IN2P3/IPHC / Service de Mécanique / Marc KRAUTH

découverte et utilisation de

techniques de fabrication directe

Journée du réseau R&D mécanique IN2P3APC - 18 septembre 2013

http://www.iphc.cnrs.fr/

Retour d’expérience dans l’utilisation du prototypage rapidepour la conception et la réalisation de pièces définitives, depuis 1995

Où chercher des informations ? Avec qui peut-on travailler ?

1


Sommaire

1- deux univers complémentaires(contextes spécifiques)

2- principales techniques de fabrication directe disponibles(procédés, fabricants de machines, partenaires, …)

3- exemples de réalisations (optimisation géométrique)

4- quelques imprimantes

5- conclusion

Annexes : des informations complémentaires



2

http://institut.in2p3.fr/IN2P3



Filièretraditionnelle

Filièrenumérique

1- deux univers complémentaires

Plans de définition

Gamme de fabrication

Mise en œuvre des usinageset autres opérations mécaniques

Géométrie pièce CAO

CFAO

Fichier spécifique FD

Nuages de points

Modeleur CAOCATIA V5

Envoi vers l’imprimante 3D

Fichier spécifique MEFANSYS, COMSOL, autres

Fabrication par ajout de matière

Fabrication par enlèvement de matière

Atelier STLCATIA V5

Atelier STL, Part Design, GSD, QSR, DSECATIA V5

scanner

BE

stl

3

1/7

Matériauxdifférents !

BE

B

C

A

Journée du réseau R&D mécanique - APC 18-9-2013 ©UDS/CNRS/IN2P3/IPHC / Service de Mécanique / Marc KRAUTH 4

Utilisation des techniques de fabrication traditionnelles

Stratoconception (principe hybride : empilement de plaques usinées ou films découpés, puis collés, soudés ou vissés)

A1- deux univers complémentaires

2/7


DSE

QSRPart Design

Analyseet Simulation

Les nuages de points sous CATIA V5 …

ImportationFiltrationRéparation

Surfaceautomatique

solide ExportationSimulation

5

1- deux univers complémentaires – Filière numérique~

80

cm

B

3/7

Scanner CREAFORM


Le principe de base

Matériausupport

Matériaupièce

Plateau de la machine de fabrication

Additive Manufacturing (AM) est défini par la norme ASTM sous le nom ‘Fabrication Rapide’‘Impression 3D’ est le nom commun pour décrire tous les procédés qui utilisent l’AM.

Invention de la stéréolithographie début des années 1980, dans une école de chimie de Nancy.Début de l’industrialisation en 1986 aux Etats Unis par la société 3D Systems.

Couches minces

Matériau support : résine spécifique friable ou structure mécanique fine à retirer après impressionnécessaire au maintien de la pièce pendant le processus de fabrication

Matériau pièce (matériau plus ou moins anisotropique) : plastique, métallique ou composite

Géométrie fabriquéeGéométrie théorique à fabriquer

C1- deux univers complémentaires – Filière numérique

4/7


Une révolution …

Pièce imprimée

Plusieurs fonctions

MEFOptimisationde la quantité

de matière

Processus totalement numérique


5/7


Les principaux procédés existants …

impression 3D

FDM machine à usage

ponctuel pour pièces unitaires

SLAmachine d’aide à

la conception, pièce prototype

SLSmachine destinée à la production :

petite série


FDM (Fused Deposition Modeling) = Dépose de fil fonduSLS (Selective Laser Sintering) = Frittage de poudreSLA (stéréolithographie) = Flashage UV de photopolymères (dépose sous UV)

-> http://fr.wikipedia.org/wiki/Impression_tridimensionnelle6/7


Machine de prototypage

rapide

9

fabricant

MatièresProcédé

Les inséparables

Nettoyagede pièce


7/7

maintenanceParamètresde réglage


2- principales techniques de fabrication directe disponibles

1/9

Quelques fabricants de machines …

source de l’image : http://reprap.org/

SLA

Stratoconception, fdm

fdm

sls

sls

fdm


2- principales techniques de fabrication directe disponibles

2/9

collaborationIPHC-ORTECH

sous-traitants et partenaires

fabricants

SLS polymères et métaux, finitions

SLA (simple ou bimatière), finitions

FDM

Frittage PA et photopolymèreUGV, Electroérosion, MMT, scanner 3D

Polymères et métaux

Polymères et métaux

SLA, SLS


➲ La FDM avec le CEMES (CNRS, Toulouse)

L’I3D du CEMES propose un parc de machines mutualisées…

Fil 0.25mm

Dépose simultanée de matière pour la pièceet de résine support soluble.

http://www.i3d.cemes.fr/

machines DIMENSION et Stratoconcept (Sté STRATASYS)

3/9


Ensemble en sortie d’imprimante 3D(pièces et supports)

Dépose de fil fondu (fdm)

Nettoyage par immersion dans bain de soude diluée! résine support et pièce : matériaux différents

4/9


➲ flashage UV de photopolymèreavec CADINDUS de Mulhouseet pôle ORTECH du LpoDeck

EDEN de la société OBJET

Possibilité de fabrication bimatière(sur CONNEX 500)

(source : Internet, Société OBJET)

Roulement indémontable

Tête d’impression

Plateau support

5/9


plateau

résine support

Flashage UV

Nettoyage : jet d’eau, bain eau + 5 % soude et grattoir! résine support et pièce : même base chimique

6/9


➲ Impression 3D avec EDEN 330,vue sous ESEM (IPHC)

0°

45°

90°Des couches d’épaisseur 16µm

©IPHC / DEPE : Microscope électronique à balayage environnemental ESEM

Fabrication d’un échantillon 10mm x 10mm x 1mm

7/9


➲ Le frittage de poudre polyamideavec le LpoDECK et 3DPROD (Vosges)

Plastique, métallique et céramique

Échantillon EOS

Ensemble indémontableCouches d’épaisseur 0.1mm

8/9


➲ Impression 3D avec EOS FORMIGA 100,vue sous ESEM (IPHC)

Des grains de taille variable inférieure à 100µm

Des grains partiellement fondus en surface

©IPHC / DEPE : Microscope électronique à balayage environnemental ESEM9/9


Superposition 3D d’imagesobtenues à partir des µTEMP et µCT(squelette et cerveau d’une souris)

Impression 3D

BANC D’IMAGERIE AMISSA DE L’IPHC(d’autres objets peuvent être numérisés)

Fabriqué par

LpoDECK

©IPHC/ImaBIO

©IPHC/ImaBIO

©IPHC/ImaBIO

©IPHC/ImaBIO

©IP

HC

/ImaB

IO©

IPH

C/Im

aBIO

Fabriqué par

LpoDECK

©IPHC/ImaBIO

Fabrication directe d’un crâne de rat

Détails très fins et fragilesSensible à l’humidité et aux UVs

Détails fins et souplesBon compromis

Images 3D obtenue à partir du µCT(crâne et tête d’un rat)

.stl

Piècepartiellement

nettoyée

Rat ou souris anesthésié

Fabriqué par

CADINDUSSur CONNEX 500

3- exemples de fabrication

1/5


➲ Le support de souris (40gr)

18 cm (ép.0.4mm)

Fabrication traditionnelle

Prototypage rapideFlashage de photopolymère

Association de techniques

Modèle coqueMéthode des éléments finis

Cahier des charges succinct:-Anesthésie continue-Support mécanique de souris-Minimisation de matière-Circulation d’air chaud

SAMCEF-FIELD

CATIA V5

Fabriqué par

Lit première générationembout 30 mm


2/5


FDM sur STRATASYS/DIMENSION (CEMES Toulouse) : Fil ABS 0,254 mm

Paroi ép. 1 fil Paroi ép. 2 fil

3/5


Flashage UV de photopolymère sur OBJET 250

Évolution du matériau, pièce immergée dans l’eau et entreposé au soleil

Paroi ép. 0,4 mm

Pièce témoin

Résine supportTotalement retiréeImmersion totale dans eauExposée aux Uvs

Pièce après 3 jours :- Déformation - Durcissement

Fabriqué par

4/5


➲ Un support de rat (600gr)

Cahier des charges succinct:-Anesthésie continue-Support mécanique de rat-Minimisation de matière-Circulation d’air chaud

Prototypage rapideFrittage de poudre polyamide

SAMCEF-FIELD

CATIA V5optimisation

Fabriqué par

5/5

embout 40 mm



Stratasys uPrint SEmêmes têtes d'impression que milieu de gammefil ABSPlus thermoplasticAvec résine supportCouches ép. env. 0,12 à 0,25 mmprécision ~0,2 mm en tolérance géométriqueVolume utile 152 x 203 x 152 mm<20 k€

http://www.u-print.fr/


1/6


http://store.makerbot.com/replicator2.html

Précision jusqu’à 0,1 mmCouches épaisseur 0,3 mm et moins~3 k€~50-100€/kgPièces de rechange (moteurs, ventilateur et autres accessoires) : de 1,5 € à 21 €

25


2/6


http://modeler3d.fr/2013 UP MINI 3D PRINTERfil diam. 1,75 mm ABS blancCouches ép. 0,15 à 0,40 mmVolume utile : 140 x 140 x 135 mm~3k€


3/6


http://fr.objet.com/

l'Objet30 ProVolume utile : 294 x 192 x 148.6 mm Couches ép. 28 microns; Couches ép. 16 microns avec matériau VeroClearRésolution: 600 x 600 x 900 dpi précision 0.1 mm7 matériaux polymères photosensibles (impressions indépendantes)Avec résine support~20k€

EDEN 260 présente au Pôle ORTECH du Lycée Théodore Deckhttp://www.lyceedeck.fr/poleortech/equip_eden.html


4/6


http://www.eos.info/en

FORMIGA P100Frittage de poudre PA 100µm~200 k€Maintenance + matière ~4k€/an

FORMIGA P100 présente au Pôle ORTECH du Lycée Théodore Deckhttp://www.lyceedeck.fr/poleortech/equip_eos.html


5/6


http://www.zcorp.com/

Zprinter 150frittage de poudre monochrome ~15k€

Zprinter 250frittage de poudre polychrome ~25k€

ZPRINTER 150Couleur : monochrome (blanc)Résolution : 300 x 450 ppp Taille minimale : 0,4 mmVitesse de création verticale : 20 mm/heurevolume utile : 236 x 185 x 127 mmcomposite hautes performances couches ép. 0,1 mm

29


6/6


Impression de prothèse

Impression en TP

Impression en l’air

Impression alimentaire

Impression d’un objet numérisé

Impression nanométrique

Aide à la conceptionImpression d’organesAvec cellules souches

chocolat,pizzas, viandes,…

Les développements actuels…

Équations mathématiques

Stylo FDM

bâtiment

Stone spray project

Pour la mode

1/3

5- Conclusion


Autres utilisations du laser : ablation sélective, découpe, marquage, soudure, métrologieCLP : club laser et procédés (http://www.procedes-laser.com/ )http://www.laserenligne.fr/

SLS metal

Impression 3D métalProcédé CLAD

IrepaLaser(voir techniques

de rechargement laser)

Formation du copeau

La fabrication de pièces métalliques …

Techniquesde fabrication

complémentaires

CONCLUSION

2/3


Machine de prototypage

rapide

32

PiècesMultifonctionnelles

NouveauxMatièresGéométries

Les possibilités pour l’innovation

Intégration dans leProcessus de fabrication

CONCLUSION

3/3

Plastiques,Métalliques,Composites

LimitesRepoussées

Sans assemblageouAssemblage par collage, boulonnage, …

DMLSDirectMetalLaserSintering

Les repères :- Entreprises spécialisées dans la fabrication directe- Matériaux plastiques déjà produits : ABS, PLA, PC, PA, Plastique chargé céramique, fibres, alliage d’aluminium,…- Matériaux métalliques déjà produits : 316L, Ti64, TA6V, acier maraging, CR-CO, Bronze, Inconel, alliage de Nickel,…

Source : InternetSource : Internet


ANNEXE



33

http://institut.in2p3.fr/IN2P3



http://www.bedigitalbusiness.com/marketing-digital/dallas-web/veille-imprimante-3d-et-4d/

Les impacts…

Source : http://alternatives.blog.lemonde.fr/2013/07/22/limpression-3d-livre-mathilde-berchon/

http://www.sculpteo.com/fr/help/

La technique…

Un livre…


Source des images : http://www.sculpteo.com/fr/help/

zcorp

alumide

eos

argent


Association Française de Prototypage Rapide : http://www.afpr.asso.fr/

Assises Européennes de Prototypage Rapide : http://code80.net/afpr/aepr/


http://souspression.canalblog.com/archives/2010/06/28/18432637.htmlSOURCE : http://p1.storage.canalblog.com/16/54/447324/54635666.png

Comparatif Imprimantes 3D du marchéSource : Industrie et Technologies – Mai 2010


77 membres de 15 Etats

National Additive Manufacturing Innovation Institute : SOURCE : http:/namii.org/resources/presentations/


Aux Etats Unis…SOURCE : The Shapeways Blog : 3D Printing News & Innovation – 8-20122012 - développement des techniques2013 - début des mises en application

Source : http://alternatives.blog.lemonde.fr/2013/07/22/limpression-3d-livre-mathilde-berchon/


SOURCE :http://fortune.fdesouche.com/311407-imprimantes-3d-ces-petites-machines-qui-vont-beaucoup-changer-le-monde


http://printrbot.com/product-category/assembled-printrbots/


http://www.ultimaker.com/

Fdm ABSVolume utile : 21 x 21 x 20,5 cm~2k€32€/bobine

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http://www.up3dusa.com/

UP Plus 2Fdm ABSVolume utile : 14 x 14 x 12,5 cmPrécision de 0,15 à 0,4 mm<2k€


Cube 3DFil ABSCouches ép. 0,25 mmVolume utile 14 x 14 x 14 cm

<2k€

http://www.cubify.fr/

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http://www.solidoodle.com/

Solidoodlefil ABS diam. 1,75 mmRésolution : buse diamètre 0,35 mmÉpaisseur de couche de 0,1 mm à 0,3 mmVolume utile ~8’’ x 8’’ x 8’’~2 k€


http://www.numerama.com/magazine/22485-solidoodle-une-imprimante-3d-a-moins-de-400-euros.html

http://www.solidoodle.com/

SOLIDOODLE 3Volume utile : ~150 x 150 x 150 mmFil ABS diam. 1.75mmExtrudeur diam. 0,35 mm

<1k€


http://www.a4.fr/

EASY 120Impression FDM ABS fil diam. 1,75 mmRésolution : 0,15 à 0,4 mmVolume d’impression 140 x 140 x 135 mmImpression de pièce unique .stl avec logiciel UP~2 k€

Documents

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